Preparación y caracterización de nanopartículas de ácido poli(láctico-co-glicólico) PLGA modificadas con ácido hialurónico y radiomarcadas con 177Lu para la liberación controlada de metotrexato

La radiosinoviortesis (RSO) es una técnica utilizada para disminuir la inflamación del tejido sinovial mediante la inyección intraarticular de un radionúclido emisor beta: β- en forma de partículas o coloides. Actualmente el 177Lu ha sido utilizado en radioterapia debido a sus características de desintegración favorables (T1/2 = 6.71 días; βmáx = 0.497 MeV, 78 %; γ = 0.208 MeV, 11 % y un alcance promedio de 2 mm en tejido blando). Las nanopartículas poliméricas a partir de polímeros biocompatibles y biodegradables como el PLGA representan una alternativa a las terapias convencionales contra la artritis reumatoide (AR), ya que permiten aumentar la selectividad y efectividad del tratamiento y minimizar los efectos secundarios no deseados. El metotrexato (MTX) es un fármaco citotóxico ampliamente utilizado en el tratamiento de la artritis, mientras que el ácido hialurónico (HA) es un ligando específico para los receptores de CD44 sobreexpresados en las células del tejido sinovial inflamado como los macrófagos. El objetivo de este trabajo fue sintetizar 177Lu-DOTA-HA-PLGA(MTX) como un sistema de administración de fármaco con reconocimiento específico potencialmente útil en la radiosinoviortesis para el tratamiento local de la artritis reumatoide. Métodos: El sistema de nanopartículas poliméricas se preparó mediante el método de emulsificación evaporación del disolvente. La conjugación con -HA se llevó a cabo mediante una reacción con carbodiimida, y el agente quelante -DOTA se conjugó mediante una reacción con HATU. La caracterización fisicoquímica se realizó mediante técnicas de UV-Vis, FT-IR, SEM y DLS. La encapsulación de MTX y la eficacia de carga se determinaron mediante UV-Vis. El marcaje con 177Lu se realizó en medio acuoso a pH 7.0. Resultados: el diámetro hidrodinámico promedio de las nanopartículas de DOTA-HA-PLGA(MTX) fue de 167.6 nm, con una distribución monomodal. Las técnicas espectroscópicas demostraron la conjugación de HA y DOTA al nanosistema polimérico. La eficiencia de encapsulado de metotrexato (MTX) fue de 95.2 %, con una eficiencia de carga del 6 %. El perfil de liberación mostró una respuesta a favor de condiciones de pH ácido (5.3). La pureza radioquímica se determinó de 96 ± 2% mediante ITLC. Finalmente el sistema fue evaluado en células RAW 264.7 mostrando efectos citotóxicos y de captación específica. Conclusión: El sistema 177Lu-DOTA-HA-PLGA(MTX) es un nanosistema específico que mostró propiedades adecuadas para la radiosinoviortesis y para la terapia con MTX en la AR.This study was supported by the “Universidad Autónoma del Estado de México” (Project No. 4288/2017/CI) and the International Atomic Energy Agency (CRP-F22064, Contract No.18358). It was performed as part of the activities of the “Laboratorio Nacional de Investigación y Desarrollo de Radiofármacos, LANIDER- CONACyT”

177Lu-Bombesin-PLGA (paclitaxel): A targeted controlled-release nanomedicine for bimodal therapy of breast cancer

The gastrin-releasing peptide receptor (GRPr) is overexpressed in>75% of breast cancers. 177Lu-Bombesin (177Lu-BN) has demonstrated the ability to target GRPr and facilitate efficient delivery of therapeutic radiation doses to malignant cells. Poly(D,L‑lactide‑co‑glycolide) acid (PLGA) nanoparticles can work as smart drug controlled- release systems activated through pH changes. Considering that paclitaxel (PTX) is a first-line drug for cancer treatment, this work aimed to synthesize and chemically characterize a novel polymeric PTX-loaded nanosystem with grafted 177Lu-BN and to evaluate its performance as a targeted controlled-release nanomedicine for concomitant radiotherapy and chemotherapy of breast cancer. PLGA(PTX) nanoparticles were synthesized using the single emulsification-solvent evaporation method with PVA as a stabilizer in the presence of PTX. Thereafter, the activation of PLGA carboxylic groups for BN attachment through the Lys1-amine group was performed. Results of the chemical characterization by FT-IR, DLS, HPLC and SEM/TEM demonstrated the successful synthesis of BN-PLGA(PTX) with a hydrodynamic diameter of 163.54 ± 33.25 nm. The entrapment efficiency of paclitaxel was 92.8 ± 3.6%. The nanosystem showed an adequate controlled release of the anticancer drug, which increased significantly due to the pH change from neutral (pH=7.4) to acidic conditions (pH=5.3). After labeling with 177Lu and purification by ultrafiltration, 177Lu-BN-PLGA(PTX) was obtained with a radiochemical purity of 99 ± 1%. In vitro and in vivo studies using MDA-MB-231 breast cancer cells (GRPr-positive) demonstrated a 177Lu-BNPLGA( PTX) specific uptake and a significantly higher cytotoxic effect for the radiolabeled nanosystem than the unlabeled BN-PLGA(PTX) nanoparticles. Using a pulmonary micrometastasis MDA-MB-231 model, the added value of 177Lu-BN-PLGA(PTX) for tumor imaging was confirmed. The 177Lu-BN-PLGA(PTX) nanomedicine is suitable as a targeted paclitaxel delivery system with concomitant radiotherapeutic effect for the treatment of GRPr-positive breast cancer.This study was partially supported by the National Council of Science and Technology (CONACyT-CB-A1S38087) and the International Atomic Energy Agency (CRP-F22064, Contract 18358). It was carried out as part of the activities of the “Laboratorio Nacional de Investigación y Desarrollo de Radiofármacos, CONACyT

Sintesis y Evaluación de nanosistemas de liberación controlada basados en dendrímeros dirigidos al receptor de quimiocina-4

Tesis de doctorado en ciencias Químicas: Síntesis y evaluación de nanosistemas de liberación controlada basados en dendrímeros dirigidos al receptor de quimiocina-4En los últimos años, la investigación y desarrollo en nanomedicina se ha dirigido a la aplicación y desarrollo de nanosistemas diseñados para diagnosticar, tratar y prevenir enfermedades a nivel celular y molecular (Mei et al., 2013). En las terapias contra el cáncer, la administración de agentes terapéuticos cobra un interés relevante el transporte y liberación de fármacos a sitios específicos, minimizando los efectos adversos en tejidos sanos (Safari y Zarnegar, 2014). En este contexto los sistemas nanoparticulados han mostrado un importante potencial teranóstico. Los enfoques de la administración dirigida mediante estos sistemas representan una estrategia prometedora para alcanzar objetivos específicos y producir más de un mecanismo de daño, lo que resulta en un mayor efecto terapéutico (Schneider et al., 2005; Mendoza-Nava et al., 2016; GibbensBandala et al., 2019). En particular, se ha demostrado que las nanopartículas poliméricas dirigidas hacia receptores que se sobreexpresan en cáncer producen un efecto sinérgico cuando la quimioterapia y la radioterapia se direccionan hacia un objetivo seleccionado mientras se reduce la citotoxicidad en los tejidos periféricos sanos (Schneider et al., 2005). Se han empleado varios tipos de moléculas para permitir que las nanopartículas alcancen la diana tumoral deseada y mejorar la selectividad y efectividad del tratamiento. Y numerosos informes han documentado la idoneidad de las nanopartículas para transportar y administrar diferentes moléculas de interés en medicina como genes, proteínas o pequeños agentes oncoterapeúticos. Aun cuando la administración de fármacos dirigida ha demostrado ser un enfoque eficaz las aplicaciones clínicas de las nanopartículas siguen siendo limitadas (Carvalho, Reis and Oliveira, 2020). Hasta hoy diferentes marcadores de membrana has sido estudiados con la finalidad de direccionar los sistemas hacía estos. En particular, se sabe que el receptor de quimiocinas CXCR4 y su ligando heterodimérico primario CXCL12 (SDF-1) se sobreexpresan en una amplia variedad de tumores y se ha informado como un “target” terapéutico prometedor para inhibir la migración e invasión de células cancerosas. Este receptor (CXCR4) se sobreexpresa en lesiones pancreáticas precancerosas malignas y en células madre pancreáticas cancerosas (Singh et al., 2010). El cáncer de páncreas es muy letal y de mal pronóstico, ya que suele diagnosticarse en estadios avanzados o incluso en estadio metastásico. El desafío en su tratamiento es la resistencia intrínseca a los fármacos contra el cáncer, que está mediada por la interacción entre CXCR4-CXCL12 (Aghevlian et al., 2019). En los cánceres humanos, los tres genes RAS (HRAS, NRAS y KRAS) constituyen la familia de oncogenes mutados con mayor frecuencia. La mutación KRAS (homólogo del oncogén viral delsarcoma 2 de rata de Kirsten) es muy prevalente en la carcinogénesis pancreática. La incidencia de la mutación de KRAS4b en el cáncer de páncreas se correlaciona con un mal factor en la supervivencia, mientras que KRAS4a se relaciona con una supervivencia superior. Este gen tiene una importante contribución en el crecimiento, diferenciación, proliferación y supervivencia celular mediante la regulación de varias vías de señalización, lo que lo convierte en un objetivo prometedor para la terapia contra el cáncer (Wu et al., 2019). El bloqueo de la asociación de membrana de KRAS4b se considera una nueva estrategia terapéutica contra el cáncer. Recientemente, la molécula de C19 ((2S)-N-(2,5-diclorofenil)-2-[(3,4-dimetoxifenil)-metilamina]propanamida) ha demostrado tener la capacidad de estabilizar el complejo KRAS4b-PDEδ de manera eficaz, bloqueando la asociación KRAS4b-membrana, que es necesaria para su activación. Se ha demostrado que los dendrímeros son herramientas prometedoras dentro del campo de las nanopartículas para la terapia contra el cáncer. En particular, los dendrímeros de poliamidoamina (PAMAM) se han modificado y empleado con éxito como sondas moleculares para la administración de fármacos dirigidos y la radioterapia. El lutecio-177 (177Lu) es actualmente el radionúclido teranóstico más utilizado debido a su capacidad para funcionar como una herramienta de generación de imágenes aprovechando sus emisiones gamma de baja energía (0.208 MeV con 10% de abundancia y 0.113 MeV con 6% de abundancia) y como agente radioterapéutico, debido a su emisión beta máxima de 0.497 MeV (78%) que le permite penetrar en los tejidos (2 mm). 177Lu forma un complejo de coordinación muy estable con ácido 1,4,7,10-tetraazaciclododecano-N,N',N'',N'''-tetraacético (DOTA) y sus derivados, proporcionando radiofármacos estables (Parus et al., 2015).CONACyT, A1-S-38087 International Atomic Energy Agency (CRP-F22064, Contract 18358

Nanoradiopharmaceuticals Based on Alpha Emitters: Recent Developments for Medical Applications

The application of nanotechnology in nuclear medicine offers attractive therapeutic opportunities for the treatment of various diseases, including cancer. Indeed, nanoparticles-conjugated targeted alpha-particle therapy (TAT) would be ideal for localized cell killing due to high linear energy transfer and short ranges of alpha emitters. New approaches in radiolabeling are necessary because chemical radiolabeling techniques are rendered sub-optimal due to the presence of recoil energy generated by alpha decay, which causes chemical bonds to break. This review attempts to cover, in a concise fashion, various aspects of physics, radiobiology, and production of alpha emitters, as well as highlight the main problems they present, with possible new approaches to mitigate those problems. Special emphasis is placed on the strategies proposed for managing recoil energy. We will also provide an account of the recent studies in vitro and in vivo preclinical investigations of α-particle therapy delivered by various nanosystems from different materials, including inorganic nanoparticles, liposomes, and polymersomes, and some carbon-based systems are also summarized

Preparation and in vitro evaluation of radiolabeled HA-PLGA nanoparticles as novel MTX delivery system for local treatment of rheumatoid arthritis

Radiosynovectomy is a technique used to decrease inflammation of the synovial tissue by intraarticular injection of a β-emitting radionuclide, such as 177Lu, which is suitable for radiotherapy due to its decay characteristics. Drug-encapsulating nanoparticles based on poly lactic‑co‑glycolic acid (PLGA) polymer are a suitable option to treat several arthritic diseases, used as anti-inflammatory drugs transporters of such as methotrexate (MTX), which has been widely used in the arthritis treatment (RA), and hyaluronic acid (HA), which specifically binds the CD44 and hyaluronan receptors overexpressed on the inflamed synovial tissue cells. The 1,4,7,10‑Tetraazacyclododecane‑1,4,7,10‑tetraacetic acid (DOTA) was used as complexing agent of Lutetium- 177 for radiotherapy porpoises. The aim of this research was to synthesize 177Lu-DOTA-HA-PLGA(MTX) as a novel, smart drug delivery system with target-specific recognition, potentially useful in radiosynovectomy for local treatment of rheumatoid arthritis. The polymeric nanoparticle system was prepared and chemically characterized. The MTX encapsulation and radiolabelling were performed with suitable characteristics for its in vitro evaluation. The HA-PLGA(MTX) nanoparticle mean diameter was 167.6 nm ± 57.4 with a monomodal and narrow distribution. Spectroscopic techniques demonstrated the effective conjugation of HA and chelating agent DOTA to the polymeric nanosystem. The MTX encapsulation was 95.2% and the loading efficiency was 6%. The radiochemical purity was 96 ± 2%, determined by ITLC. Conclusion: 177Lu-DOTA-HA-PLGA(MTX) was prepared as a biocompatible polymeric PLGA nanoparticle conjugated to HA for specific targeting. The therapeutic nanosystem is based on bi-modal mechanisms using MTX as a disease-modifying antirheumatic drug (DMARD) and 177Lu as a radiotherapeutic component. The 177Lu-DOTA-HA-PLGA(MTX) nanoparticles showed properties suitable for radiosynovectomy and further specific targeted anti-rheumatic therapy.Universidad Autónoma del Estado de México: No. 4288/2017/CI International Atomic Energy Agency: (CRPeF22064, Contract No. 18358 CONACYT: SEP-CONACYT A1-S-3808